一种碳包覆钨掺杂的金属磷化物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳包覆钨掺杂的金属磷化物材料的制备方法。该制备方法包括：1)以氯化钨，金属有机盐，次磷酸钠为原料，加入无水乙醇，通过球磨法获得前驱体粉末；2)在惰性气氛下对前驱体粉末进行热处理，即可得到碳包覆的钨原子掺杂的金属磷化物材料。该方法制备的材料的化学成分通式为W

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆钨掺杂的金属磷化物及其制备方法
本专利技术属于纳米颗粒与碳复合材料制备
，具体涉及一种碳包覆钨掺杂的金属磷化物及其制备方法。
技术介绍
碳与纳米颗粒的复合材料，既可以保留纳米颗粒的化学活性，又由于碳层的存在增加整体材料的化学稳定性。常见的碳与颗粒的复合的形式有以下几种：碳纤维与纳米颗粒复合；碳层或者碳纳米片与纳米颗粒复合；三维网络多孔碳包覆纳米颗粒。纳米颗粒由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化，可以提供更大的比表面积和更高的化学活性。但是存在化学性质活泼，不稳定，极易团聚等缺点。将多孔碳形成三维网络包覆纳米颗粒，在阻止纳米颗粒团聚的同时，也可以提高反应过程中的稳定性。将两种材料的优势共同发挥出来。多元金属催化剂的高效性引起了广大研究者的关注，研究发现不同的金属元素组合，能影响活性金属离子的电子排布，周围的电荷状态等等，不同的金属元素可以在OER反应中承担不同的作用。ZhangBo等在2016年的《Science》上发表了有关于制备均匀的FeCoW三元非晶氢氧化物材料的研究(Zhang,B.；Zheng,X.；Voznyy,O.；Comin,R.；Bajdich,M.；García-Melchor,M.；Han,L.；Xu,J.；Liu,M.；Zheng,L.；GarcíadeArquer,F.P.；Dinh,C.T.；Fan,F.；Yuan,M.；Yassitepe,E.；Chen,N.；Regier,T.；Liu,P.；Li,Y.；DeLuna,P.；Janmohamed,A.；Xin,H.L.；Yang,H.；Vojvodic,A.；Sargent,E.H.,Homogeneouslydispersedmultimetaloxygen-evolvingcatalysts.Science2016,352(6283),333.)，发现其具有优异的OER(OxygenEvolutionReaction)性能，并且该文献通过理论计算说明了由于掺入的W原子的原子半径较大，会产生较大的晶格应力，能改变Fe,Co附近的电子排布。PiYecan利用水热法制备WFeCo三元金属氢氧化物，通过XPS的分析发现W原子的掺入对Co核外价电子排布有明显的作用，使得材料整体活性提高(Pi,Y.；Shao,Q.；Wang,P.；Lv,F.；Guo,S.；Guo,J.；Huang,X.,TrimetallicOxyhydroxideCoralloidsforEfficientOxygenEvolutionElectrocatalysis.AngewChemIntEdEngl2017,56(16),4502-4506.)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以WCl6，金属有机盐，次磷酸钠，无水乙醇为原料通过球磨和热处理磷化制备碳包覆钨掺杂的金属磷化物纳米颗粒的方法。本专利技术具体采用的技术方案如下：一种碳包覆钨掺杂的金属磷化物的制备方法，其包含以下步骤：1)以WCl6、金属有机盐及次磷酸钠粉末为原料，加入无水乙醇中通过球磨和干燥后，获得前驱体粉末；2)对前驱体粉末进行高温磷化热处理，热处理工艺为：在惰性气氛中升温至目标温度后，经过保温和自然冷却，取出后即得到碳包覆钨掺杂的金属磷化物。上述各步骤中，可采用如下具体试剂和参数实现：优选的，所述金属有机盐包括金属乙酰丙酮盐或金属醋酸盐中的一种或多种。进一步的，所述金属有机盐中的金属元素为Co、Ni、Fe中的任意一种或数种。优选的，所述金属有机盐优选为乙酰丙酮铁、醋酸钴或醋酸镍。优选的，所述的球磨过程中，球磨公转转速300r/min～400r/min，自转转速400r/min～500r/min，球磨时间5～6h，以保证球磨产物均匀。优选的，所述前驱体粉末中，钨原子与金属元素的摩尔比范围为0.05～0.15，次磷酸钠的质量分数在50wt％-75wt％之间，以保证磷化完全。优选的，在进行所述的高温磷化热处理过程中，以2℃/min～5℃/min的升温速率上升到目标温度，目标温度范围为300℃～400℃，保温2h～4h之后自然冷却至室温。优选的，所述的惰性气氛为N2气氛。本专利技术的另一目的在于提供一种如上述任一方案所述制备方法制备得到的碳包覆钨掺杂的金属磷化物，其化学成分通式为Wx-MPy/C，其中W为钨元素，M为Co，Ni，Fe中的任意一种或数种的任意比例组合，P为磷元素，x为钨原子与金属元素的摩尔比，范围为0.05～0.15，y为金属磷化物中的化学计量数，C为表面包覆的碳。该方法制备的钨掺杂金属磷化物由尺寸在10-20nm左右的纳米颗粒组成，表面有2-3nm的碳层包覆，整体颗粒尺寸为10～30nm。本专利技术制备的碳包覆钨掺杂金属磷化物，具有颗粒尺寸小、结构单元可控、多级孔隙结构等良好的特性，可以用于离子电池电极材料，催化剂等。附图说明图1为实施例6中所制备的碳包覆钨掺杂的磷化铁钴纳米颗粒的扫描电子显微镜图片。图2为实施例6中所制备的碳包覆钨掺杂的磷化铁钴纳米颗粒的XRD射线衍射图。图3为实施例1中所制备的碳包覆钨掺杂的磷化铁纳米颗粒的扫描电子显微镜图片。图4为实施例4中所制备的碳包覆钨掺杂的磷化钴纳米颗粒的扫描电子显微镜图片。图5为实施例1,4,6中所制备的碳包覆钨掺杂的金属磷化物在pH＝14的电解液中表现出的电化学析氧性能的图片。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步阐述。实施例11)称量0.016gWCl6，1.412gC15H21FeO6及3gNaH2PO2倒入球磨罐中，加入100ml无水乙醇，其中W元素和Fe元素的摩尔比为0.1：1。2)将球磨罐放置在行星式球磨机上，按照公转转速300r/min，自转转速400r/min，球磨5h。3)将球磨罐放入60℃的烘箱中，获得混合均匀的前驱体粉末。4)对前驱体粉末进行高温磷化热处理，热处理工艺为：在N2气氛中以2℃/min的升温速率上升到300℃，并保温3h之后自然冷却至室温。取出后即得到W0.1-FeP/C纳米颗粒。本实施例制备的碳包覆钨掺杂的磷化铁颗粒物相为FeP，图3为该磷化铁钴纳米颗粒的扫描电子显微镜图片，可以看出颗粒尺寸小且分布均匀，纳米颗粒尺寸在15nm左右。在1molL-1KOH溶液中测试其电解水OER性能可以得出：在10mAcm-2的电流密度下过电位为430mV。实施例21)称量0.008gWCl6，1.412gC15H21FeO6及3gNaH2PO2倒入球磨罐中，加入100ml无水乙醇，其中W元素和Fe元素的摩尔比为0.05：1。2)将球磨罐放置在行星式球磨机上，按照公转转速300r/min，自转转速400r/min，球磨5h。3)将球磨罐放入60℃的烘箱中，获得混合均匀的前驱体粉末。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳包覆钨掺杂的金属磷化物的制备方法，其特征在于包含以下步骤：/n1)以WCl

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆钨掺杂的金属磷化物的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
1)以WCl6、金属有机盐及次磷酸钠粉末为原料，加入无水乙醇中通过球磨和干燥后，获得前驱体粉末；
2)对前驱体粉末进行高温磷化热处理，热处理工艺为：在惰性气氛中升温至目标温度后，经过保温和自然冷却，取出后即得到碳包覆钨掺杂的金属磷化物。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属有机盐包括金属乙酰丙酮盐或金属醋酸盐中的一种或多种。


3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属有机盐中的金属元素为Co、Ni、Fe中的任意一种或数种。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属有机盐优选为乙酰丙酮铁、醋酸钴或醋酸镍。


5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的球磨过程中，球磨公转转速300r/min～400r/min，自转转速400r/min～500r/min，球磨时间5～6h。


6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪樟连，全鑫瑶，支明佳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33